(57)【要約】  本発明は、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるようなイオン注入によって側面が処理される、化学強化のためのガラス基板に関する。他の実施形態は、基板が、第１の側面の少なくとも一部の表面層において、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１のイオン注入プロフィールを提供する、第１および第２の主要対向側面を有する基板を提供すること、ならびにイオン注入処理されたガラス基板を化学強化することを含む、制御された曲率を有する化学強化ガラス基板の製造方法に関する。イオン注入のパラメータは、制御された曲率が化学強化時に得られるように選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板であって、
基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、かつ前記第１の注入イオンの第１の注入プロフィールは、前記第１の注入イオンが提供された前記第１の側面の部分が、化学強化時に第１の制御された曲率を示すようなものであり、
ｉ）前記基板の前記第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第２の注入イオンが提供され、かつ前記第２の注入イオンの第２の注入プロフィールは、前記第１の注入プロフィールとは異なり、かつ前記第２の注入プロフィールが、前記第２の注入イオンが提供された前記第１の側面の部分が、化学強化時に第２の制御された曲率を示すようなものであり、かつ／または
ｉｉ）前記基板の前記第２の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第３の注入イオンが提供され、かつ前記第３の注入イオンの第３の注入プロフィールは、前記第３の注入イオンが提供された前記第２の側面の部分が、化学強化時に第３の制御された曲率を示すようなものである、ガラス基板。
【請求項２】
前記第１、第２および／または第３の注入イオンが、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンである、請求項１に記載のガラス基板。
【請求項３】
前記第１、第２および／または第３の注入イオンが、単一電荷イオン、または単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物である、請求項１または２に記載のガラス基板。
【請求項４】
前記第１、第２および／または第３の注入プロフィールが、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍの深さを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項５】
前記第１、第２および／または第３の注入プロフィールが、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２のイオン線量を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項６】
前記第１、第２および／または第３の注入イオンが、ｎ×５ｋｅＶ〜ｎ×１０００ｋｅＶ、好ましくは、ｎ×５ｋｅＶ〜ｎ×２００ｋｅＶ、より好ましくは、ｎ×１０ｋｅＶ〜ｎ×１００ｋｅＶ、より好ましくは、ｎ×２０ｋｅＶ〜ｎ×６０ｋｅＶ、最も好ましくは、ｎ×３５ｋｅＶの注入エネルギーによって注入され、ｎは各イオンの電荷数である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項７】
前記ガラス基板が、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項８】
前記ガラス基板の厚さが、０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１．３ｍｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項９】
次の操作：
ａ）基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるＯ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される第１の注入イオンが提供される、第１および第２の主要対向側面を有する基板を提供すること、
ｂ）前記イオン注入されたガラス基板を化学強化すること
を含む、化学強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１０】
前記基板の前記第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第２の注入イオンが提供され、かつ前記第２の注入イオンの注入プロフィールが、前記第１の注入プロフィールとは異なる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の前記第２の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第３の注入イオンが提供される、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１、第２および／または第３のイオン注入プロフィールが、化学強化時に第１、第２および／または第３の制御された曲率が得られるようなものである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板の第１および第２の対向側面が、それらの非イオン注入状態において異なるイオン交換特性を有し、前記第１の側面が高イオン交換側面であり、かつ前記第２の側面が低イオン交換側面である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板に、前記第１の側面の全体上で第１の注入イオンが提供される、請求項９または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のイオン注入プロフィールが、化学強化時に−０．０４×１／ｍ〜０．０４×１／ｍの第１の制御された曲率が得られるようなものである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記前記第２および／または第３の注入イオンが、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１、第２および／または第３の注入イオンが、単一電荷イオン、または単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物である、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１、第２および／または第３のイオン注入プロフィールの注入深さが、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍである、請求項９〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１、第２および／または第３のイオン注入プロフィールのイオン線量が、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２である、請求項９〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラス基板が、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板から選択される、請求項９〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラス基板の厚さが、０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１．６ｍｍである、請求項９〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
化学強化前に非イオン注入状態において異なるイオン交換特性を有する第１および第２の主要対向側面を有し、前記第１の側面が高イオン交換側面であり、かつ前記第２の側面が低イオン交換側面であり、０．１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有し、−０．０４×１／ｍ〜０．０４×１／ｍの曲率を有し、かつ第１のイオン注入プロフィールが、前記第１の側面の少なくとも一部に存在し、かつ前記第１のイオン注入プロフィールのイオンが、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される、化学強化されたガラス基板。
【請求項２３】
−０．０１×１／ｍ〜０．０１×１／ｍの曲率を有する、請求項２２に記載の化学強化されたガラス基板。
【請求項２４】
０．１ｍｍ〜１．６ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１．３ｍｍの厚さを有する、請求項２２または２３に記載の化学強化されたガラス基板。
【請求項２５】
両側面において、３００〜１３００ＭＰａの圧縮表面応力および６〜４０μｍの圧縮層の深さを有する、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項２６】
前記ガラス基板が、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板から選択される、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載のガラス基板。
【請求項２７】
ガラス基板の化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるためのガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用であって、イオン注入プロフィールのイオンが、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される、使用。
【請求項２８】
化学強化時にガラス基板の曲率を制御するためのガラス基板における化学強化時のイオン交換の範囲を減少させるイオン注入プロフィールの使用であって、イオン注入プロフィールのイオンが、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される、使用。
【請求項２９】
前記イオン注入プロフィールのイオンが、単一電荷イオン、または単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物である、請求項２７または２８に記載のガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用。
【請求項３０】
前記イオン注入プロフィールの注入深さが、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍである、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載のガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用。
【請求項３１】
前記イオン注入プロフィールのイオン線量が、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２である、請求項２７〜３０のいずれか一項に記載のガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用。
【請求項３２】
前記ガラス基板の厚さが、０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１．３ｍｍである、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載のガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用。
【請求項３３】
前記ガラス基板が、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板である、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載のガラス基板におけるイオン注入プロフィールの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学強化のためのガラス基板、化学強化時のガラス基板の曲率を制御する方法、および制御された曲率を有する化学強化ガラス基板を製造する方法、ならびに化学強化されたガラス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
何年もの間、ガラスは、建築物および車両窓、ならびにディスプレイカバー用にも好ましい材料であった。ガラスは、高い化学的および機械的強度、ならびに高い透明性を提供する。またガラスは、ＬＣＤ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤなどのいずれの種類のディスプレイ技術とも、ならびに広範囲のタッチスクリーンインタフェース技術とも適合性を有する。ガラスカバーは、例えば、テレビスクリーン、スマートフォン、携帯電話、タブレットコンピュータ、電子ブック、腕時計およびコンピュータディスプレイにおいて使用される。ディスプレイ技術のより最近の傾向は、より薄く、より軽く、かつより大きいデバイスの両方に向かっている。より大きく、かつより軽い窓への同様の傾向が、運輸工業（すなわち、自動車、航空）においても見られる。したがって、なお望ましい光学的特性、ならびに必要な機械的および化学的耐性を提供する、より薄いガラスシートを製造することが必要となった。
【０００３】
ガラスを強化するための１つの周知の技術は、化学強化である。化学強化において、アルカリ含有ガラス基板は、ガラス焼なまし点より十分低い温度で、例えば、ＫＮＯ３などの溶融アルカリ塩を含有する、加熱された浴中に浸漬される。ガラスのホストアルカリイオンと溶融塩からの侵入アルカリイオンとの間のイオン交換が生じる。侵入イオンの径がホストイオンの径より大きい場合、ガラスのほぼ密接原子網様構造中の侵入イオンの充填によって、交換されたイオンの量、イオン交換の深さおよびガラスシートの厚さ次第で、高い表面圧縮応力およびいくらかの均衡を保つ内部引張応力から構成される応力プロフィールの発生が導かれる。他のガラス強化プロセスと比較して、化学強化は、光学的変形を伴わずにより高い表面圧縮応力を導入し、かつ１ｍｍ未満の厚さの薄いガラスシートへの適用が可能であるため、利点を有する。
【０００４】
化学強化プロセスのプロセスパラメータおよびガラス基板次第で、異なる範囲のイオン交換が得られる。イオン交換の範囲、すなわち、交換されるイオンの量およびガラス基板中のイオン交換層の深さは、数ミクロンから数百ミクロンの範囲の圧縮層の深さ（ＤＯＬ）に対して３００〜１３００ＭＰａの圧縮表面応力（ＣＳ）を有する圧縮プロフィールをもたらす。強化の全体レベルは、ガラス基板の厚さを横切っての応力プロフィールによって決定される。高い破壊強度を得るために、高いＤＯＬ値および高いＣＳ値を有する応力プロフィールが必要である。ディスプレイデバイスの意図された使用次第で、化学強化されたディスプレイカバーガラスは、典型的に、１２μｍより高い圧縮層の深さ（ＤＯＬ）に対して６００ＭＰａより高い圧縮表面応力（ＣＳ）を有する必要がある。
【０００５】
化学強化において、多くの異なるガラス種を使用することが可能であり、それらは通常、リチウムまたはナトリウムイオンなどの比較的小さいイオン半径を有する、ホストイオンと呼ばれるアルカリイオンを含有し、これは、カリウム、ルビジウムまたはセシウムイオンなどの比較的大きいイオン半径を有する侵入イオンと呼ばれる別のイオンによって交換可能である。ガラス基板は、典型的に、２つの主要対向側面を有する様々な径のガラスシートとして使用される。
【０００６】
いくつかのガラス基板は、一方が高イオン交換側面であり、かつ他方が低イオン交換側面である、異なるイオン交換特性を有する対向側面を有する。高イオン交換側面において、交換されるイオンの量および／またはイオン交換層の深さであるイオン交換の範囲は、化学強化後、対向する低イオン交換側面におけるものより高い。そのような基板によって、交換されるイオンの量および／またはイオン交換の深さが、ガラスシートの２つの側面において異なる場合、ＣＳおよびＤＯＬは２つの側面において異なり、そしてガラスシートの厚さを横切る、得られた応力プロフィールは非対称である。応力プロフィールが非対称であり、そして両側面のＣＳおよびＤＯＬが互いに均等を保たない場合、通常、未制御の様式で、平坦なガラス基板の湾曲または歪みを引き起こす可能性がある。実際に、いくつかの場合、歪みが発生しないように、ガラスシートの厚さを横切る応力プロフィールは非対称であるが、釣り合いが取れている。特に、ガラス基板が薄く、例えば、１．６ｍｍ未満の厚さである場合、および、例えば、ディスプレイカバーの場合などの高い強化レベルが必要とされる場合、歪みのレベルが非常に高くなる可能性がある。この異なるイオン交換挙動の理由のいくつかは確認されている。いくつかの場合、表面に近いホストイオンナトリウムの量は、その製造の間に適用された脱アルカリステップのために、ガラスシートの片側面においてより少なくなり得る。別の理由は、ガラスの製造のために使用されるフロートプロセスでは、ガラスの底部側面が溶融スズの浴と接触し（ガラスのスズ側面）、上部表面は接触しない（ガラスの空気側面）ため、ガラスシートの片側面の表面層におけるスズの存在であり得る。ガラスの底部側面におけるイオン交換の範囲は、上部側面におけるものよりも低い。
【０００７】
化学強化されたガラスの歪みを回避する１つの方法は、強化のレベルを制限することである。しかしながら、ガラスは、その意図された使用のために必要とされる機械的耐性に到達し得ない。
【０００８】
歪みを回避する別の方法は、ガラスが、化学強化の前にガラス側面の片面または両面を研磨、エッチングまたは研削し、それによってイオン交換特性における差異を引き起こす表面層を除去することである。しかしながら、このプロセスは、特に大型薄ガラス基板に関して、時間がかかり、かつ複雑である。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１４／０３０５１６５号明細書は、例えば、フロートプロセスによって形成されたガラスの上部側面である高イオン交換側面においてＨ原子の特定の量を含有する化学蒸着膜を形成することによる化学強化によって引き起こされる歪みを減少させる方法が記載されている。膜内でのＨ原子含有量の調整は、膜を通してのイオンの拡散速度を制御し、したがって、化学強化によって得られる応力プロフィールを制御する。ガラスの表面層のイオン交換特性は異なるガラス型に関しては異なるためのみならず、単一ガラス型の製造の間に変動が生じるため、そしてもちろん、化学強化プロセス条件が変化し得るため、そのようなＨ原子含有量の調整は必要である。しかしながら、化学蒸着膜におけるＨ原子の量を調整することは、容易ではない。一方、堆積には、予測することが困難な物理的および化学的反応が伴い、他方、この膜内のＨ原子の量を確認することは、膜堆積プロセス自体の間に容易に実行することができない。さらに、膜は永久に基板上に残り、そしてその光学特性、例えば粗さなどのその表面特性に影響を有し、そして全ての次のプロセスに関して考慮されなければならない。
【００１０】
専門用語
圧縮表面応力（ＣＳ）：ガラスにおけるイオン交換後、ガラス表面によるガラス網目構造に及ぼす押出の影響から得られる応力であり、光学的原理に基づいて、Ｏｒｉｈａｒａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．から商業的に入手可能な表面応力測定器ＦＳＭによって測定される。
【００１１】
イオン交換された層の深さ（ＤＯＬ）：イオン交換が生じ、かつ圧縮応力が生じたガラス表面層の厚さ。ＤＯＬは、光学的原理に基づいて、Ｏｒｉｈａｒａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．から商業的に入手可能な表面応力測定器ＦＳＭによって測定することができる。
【００１２】
中央引張応力（ＣＴ）：ガラスの中間層で生じ、かつイオン交換後にガラスの上下表面間で生じる圧縮応力を打ち消す引張応力。ＣＴは、測定されたＣＳおよびＤＯＬ値から算出することができる。
【００１３】
歪み：ガラス板の歪みは、湾曲した、または歪んだガラスシートの平面度からの偏差である。歪みのレベルは、曲率を測定することによって評価され得る。歪み方向は、基板の選択された側面と比較して、凹形か、または凸形であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、ガラス基板の化学強化時に、注入された部分においてイオン交換の範囲を変更する様式で、側面の少なくとも一部においてイオン注入によって処理されている２つの主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板を提供することである。
【００１５】
特に、本発明の目的は、基板の化学強化後に、注入された部分において制御された曲率が得られるような様式での化学強化時にイオン交換の範囲を変更する様式で、側面の少なくとも一部においてイオン注入によって処理されている２つの主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板を提供することである。
【００１６】
特に、本発明の目的は、低イオン交換側面および高イオン交換側面を有し、かつ高イオン交換側面が、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させ、かつ低レベルの歪みを有するか、または実質的に平坦なままでさえある化学強化可能である様式でのイオン注入によって処理されているガラス基板を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、制御された曲率を有し、コーティングを有さない化学強化ガラス基板を得る方法を提供することである。
【００１８】
特に、本発明の目的は、低レベルの歪みを有し、コーティングを有さない化学強化ガラス基板を得るために、異なるイオン交換特性を有する２つの主要対向側面を有するガラス基板を化学強化する方法を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、イオン注入プロフィールが側面の表面層に存在する、化学強化されたガラス基板を提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、異なるイオン交換特性を有する２つの主要対向側面を有し、化学強化され、低い歪みを有するか、または実質的に平坦でさえあり、かつコーティングを有さず、かつイオン注入プロフィールが側面の表面層に存在するガラス基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、第１および第２の主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板に関し、基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、かつ第１の注入イオンの第１の注入プロフィールは、第１の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に制御された曲率を示すようなものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者らは、驚くべきことに、ガラス基板の側面が化学強化前に特定のイオン注入処理を受けた場合、ガラスの基板の側面におけるイオン交換の範囲が減少し得ることを見出した。したがって、基板は、イオン注入によって処理された側面の表面層において、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるイオン注入プロフィールを提示する。それによって、それらは、ガラス基板の化学強化時に得られた曲率のレベルおよび方向を制御するように、ガラス側面におけるイオン交換の範囲を変更および制御することが可能であった。すなわち、曲率は、選択されたイオン注入処理パラメータから得られる適切なイオン注入プロフィールを選択することによって、所与のガラス基板に関して、そして所与の化学強化条件に関して制御された。一方、実質的に平坦な化学強化ガラス基板は、したがって、基板の対向側面のイオン交換特性の釣り合いを導くイオン注入パラメータを選択することによって得ることができた。他方、意図的な曲率を有する化学強化ガラス基板は、ガラス基板の対向側面のイオン交換特性における差異の所望の程度までの増加を導くイオン注入パラメータを選択することによって得ることができた。
【００２３】
ガラス基板の側面の表面の一部に、特定のイオン注入処理を受けさせることは、注入イオンが提供されたこの側面の一部分をもたらす。注入イオンは、表面で開始し、そして基板への注入深さまで下降する、この部分の表面層に存在する。
【００２４】
ガラス基板の側面の表面全体に、特定のイオン注入処理を受けさせることは、注入イオンが提供されたこの側面の全体をもたらす。注入イオンは、表面で開始し、そして基板への注入深さまで下降する、この側面の全表面層に存在する。
【００２５】
これらの基板中に注入されてもよいイオン種は、それぞれ、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンである。イオンは、単一電荷イオンであっても、または単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物であってもよい。多電荷イオンは、１より大きい正電荷を有するイオンである。単一電荷イオンは、単一正電荷を有するイオンである。ガラス基板において注入される単一電荷イオンは、単一電荷イオンＯ＋、Ａｒ＋、Ｎ＋またはＨｅ＋であってよい。ガラス基板において注入される多電荷イオンは、例えば、Ｏ＋およびＯ２＋またはＡｒ＋、Ａｒ２＋、Ａｒ３＋、Ａｒ４＋およびＡｒ５＋またはＮ＋、Ｎ２＋およびＮ３＋またはＨｅ＋およびＨｅ２＋である。
【００２６】
これらの化学強化のためのガラス基板において、イオンの注入深さは、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍであることができる。本発明によるガラス基板のイオン線量（ｉｏｎ  ｄｏｓａｇｅ）は、好ましくは、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、より好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２であることができる。
【００２７】
本発明に関連する使用に適切なガラス基板としては、特に、２つの主要対向側面を有し、かつ化学強化によって強化可能であるガラス組成を有する、平坦なシート様のガラス基板が含まれる。本発明に関連する使用に適切なガラス基板は、それらの第１および第２の対向側面において異なるイオン交換特性を有していてもよく、または有さなくてもよい。
【００２８】
本発明の特定の実施形態は、基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、かつ第１の注入イオンの第１の注入プロフィールは、第１の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に制御された曲率を示すようなものであり、かつ第１の注入イオンに加えて、基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第２の注入イオンが提供され、かつ第２の注入イオンの第２の注入プロフィールが、第１の注入プロフィールとは異なり、かつ第２の注入プロフィールが、第２の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に第２の制御された曲率を示すようなものである、第１および第２の主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板に関する。
【００２９】
本発明の特定の実施形態は、基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、かつ第１の注入イオンの第１の注入プロフィールは、第１の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に第１の制御された曲率を示すようなものである、第１および第２の主要対向側面を有する化学強化のためのガラス基板に関する。任意選択的に、基板の第１の側面の一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第２の注入イオンが提供される。任意の第２の注入イオンの第２の注入プロフィールは、第１の注入プロフィールとは異なり、かつ第２の注入イオンが提供された第１の側面の部分は、化学強化時に第２の制御された曲率を示すようなものである。第１および任意の第２の注入イオンに加えて、基板の第２の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第３の注入イオンが提供され、かつ第３の注入イオンの第３の注入プロフィールは、第３の注入イオンが提供された第２の側面の部分が、化学強化時に第３の制御された曲率を示すようなものである。
【００３０】
また本発明は、次の操作：
ａ）基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供される、第１および第２の主要対向側面を有する基板を提供すること、
ｂ）コーティングされたガラス基板を化学強化すること
を含む、化学強化ガラス基板の製造方法に関する。
【００３１】
本発明の化学強化プロセスにおいて使用されるガラス基板を製造するために、種々の注入機またはイオン源が使用されてよい。これらのイオン源は、気体源をイオン化して、この気体の正電荷イオンを提供する。使用されるイオン源次第で、基板中への注入のために提供されるイオンは、単一電荷イオンであっても、またはそれらは、単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物であってもよい。多電荷イオンは、１より大きい正電荷を有するイオンである。単一電荷イオンは、単一正電荷を有するイオンである。
【００３２】
本発明において、気体源は、好ましくは、Ｏ２、Ａｒ、Ｎ２およびＨｅから選択される。イオン源によって提供されるイオン種は、好ましくは、それぞれ、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンである。
【００３３】
単一電荷イオン源が使用される場合、注入イオンは、好ましくは、単一電荷イオンＯ＋、Ａｒ＋、Ｎ＋またはＨｅ＋である。
【００３４】
使用されるイオン源が、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅの単一電荷および多電荷イオンを提供する供給源である場合、注入ビームは、種々のＯ、Ａｒ、ＮまたはＨｅイオンの種々の量を含むことができる。それぞれのイオンの例の電流を以下の表１に示す（ミリアンペアで測定される）。
【００３５】
2019502640.tif 000002
【００３６】
イオンの生成後、イオン源は、イオンビームを形成するために、これらのイオンを加速する。
【００３７】
所与のイオン源およびイオン種に関して、重要なイオン注入パラメータは、イオン加速電圧、ビーム出力、イオン線量およびイオン電流である。
【００３８】
化学強化時の曲率は、適切なイオン注入処理パラメータを選択することによって、所与のガラス基板に関して、そして所与の化学強化条件に関して制御される。化学強化プロセスのプロセスパラメータおよびガラス基板次第で、異なるイオン交換の範囲が得られる。ガラスの表面層のイオン交換特性は、異なるガラス種に対して異なり、変動は単一ガラス種の製造の間に生じ、そして化学強化条件は、特定の必要条件次第である。全ての可能性を含む注入パラメータの単一セットを与えることはできない。所望の制御された曲率を得るために必要とされるパラメータは、以下に示された範囲内でイオン注入パラメータを変動させることによって見られる。
【００３９】
本発明によれば、イオンは、好ましくは、１Ｗ〜５００Ｗであるビーム出力を有するイオン源を使用して、そして５〜１０００ｋＶであるイオン加速電圧を使用して注入される。本発明によれば、イオン線量は、好ましくは、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２である。
【００４０】
Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンは、５ｋＶ〜１０００ｋＶ、好ましくは、５ｋＶ〜２００ｋＶ、より好ましくは、１０ｋＶ〜１００ｋＶ、より好ましくは、２０ｋＶ〜６０ｋＶ、最も好ましくは、３５ｋＶの加速電圧でイオン源から抽出されてよい。
【００４１】
このようなイオン源は、例えば、Ｑｕｅｒｔｅｃｈ  Ｉｎｇｅｎｉｅｒｉｅ  Ｓ．Ａ．からのＨａｒｄｉｏｎ＋ＲＣＥイオン源である。
【００４２】
加速電圧およびビーム出力、ならびにガラス基板の表面面積単位あたりのイオンのイオン線量は、好ましくは、ビームから、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍの厚さＤを有する注入領域または表面層へのイオンの注入を可能にして、したがって、注入の有意な深さに達するように選択される。
【００４３】
固定加速電圧に関して、全ての異なる電荷イオンは、それぞれのイオンの電荷数ｎに比例して異なる注入エネルギーを有するであろう。したがって、イオンの注入エネルギーは、ｎ×５ｋｅＶ〜ｎ×１０００ｋｅＶ、好ましくは、ｎ×５ｋｅＶ〜ｎ×２００ｋｅＶ、より好ましくは、ｎ×１０ｋｅＶ〜ｎ×１００ｋｅＶ、より好ましくは、ｎ×２０ｋｅＶ〜ｎ×６０ｋｅＶ、最も好ましくは、ｎ×３５ｋｅＶ（ｋｅＶ＝キロ電子ボルト）であることができる。
【００４４】
例えば、Ｎ＋、Ｎ２＋およびＮ３＋を含むイオン注入ビームおよび３５ｋＶの加速電圧において、それぞれ、１、２または３の電荷数ｎを有するＮ＋、Ｎ２＋およびＮ３＋イオンは、それぞれ、３５ｋｅＶ、７０ｋｅＶおよび１０５ｋｅＶの注入エネルギーを有するであろう。最大注入深さは、最低エネルギーイオン（Ｎ＋）から最高エネルギーイオン（Ｎ３＋）まで増加するであろう。
【００４５】
それらのより高いエネルギーのため、より高い電荷を有するイオンは、より低い電荷を有するイオンよりも、基板中に深く注入されるであろう。したがって、所与の全イオン線量に関して、単一電荷イオンのみが注入される時に狭い深さ分布が得られ、そして単一電荷および多電荷イオンが同時に注入される場合に、より広範な深さ分布が得られる。このようにして、注入イオンの高い局所的濃度による特定の欠陥が回避され、そして注入の大きい深さが得られる。
【００４６】
イオン注入プロフィールは、注入されたイオン種、注入深さおよび注入されたイオン線量の深さ分布から構成される。イオン注入プロフィールは、イオン注入パラメータから得られる。最も重要なイオン注入パラメータは、イオン加速電圧、ビーム出力、イオン線量およびイオン電流である。注入されたイオンの特性次第で、イオン注入プロフィールは、いずれの直接的な様式でも決定することができない。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態において、処理される面積の下に位置する、処理されるガラス基板の面積の温度は、ガラスの基板のガラス転移温度以下である。この温度は、例えば、ビームのイオン電流によって、ビームにおいて処理された面積の滞留時間によって、そして基板のいずれかの冷却手段によっても影響される。本発明者らは、驚くべきことに、より高いイオン電流に関して、化学強化時のイオン交換の範囲の減少が拡大されたことを見出したが、これについての理由は完全に理解されていない。
【００４８】
本発明の一実施形態において、ガラス基板およびイオン注入ビームは、ガラス基板の特定の表面積を漸進的に処理するように、互いに対して置き換えられる。好ましくは、それらは、０．１ｍｍ／秒〜１０００ｍｍ／秒の速度ＶＤにおいて、互いに対して置き換えられる。ＶＤは、イオン線量および処理される面積の温度に影響するビームにおける試料の滞留時間を制御する適切な様式において選択される。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態において、１種のみの注入イオンが使用される。本発明の別の実施形態において、１種またはそれ以上の種の注入イオンが組み合わせられる。
【００５０】
本発明の一実施形態において、いくつかのイオン注入ビームが、ガラス基板を処理するために、同時に、または連続して使用される。
【００５１】
本発明の一実施形態において、ガラス基板の面積の表面単位あたりのイオンの全線量は、イオン注入ビームによる単一処理によって得られる。
【００５２】
本発明の別の実施形態において、ガラス基板の面積の表面単位あたりのイオンの全線量は、１回またはそれ以上のイオン注入ビームによるいくつかの連続処理によって得られる。
【００５３】
本発明者らは、驚くべきことに、化学強化時のガラス基板におけるイオン交換の範囲が、ガラス基板における有意な深さまでの選択されたイオンの特定の線量の導入によって、制御された様式で減少可能であったことを見出した。所与の基板、所与の注入イオン種、そして所与の化学強化条件に関して、本発明者らは、化学強化時の曲率が、本質的に、イオン線量およびイオン加速電圧、ならびにイオン電流次第であることを見出した。したがって、それらは、注入イオンのイオン線量、電流および加速電圧を選択することによって、予測可能な曲率を得ることが可能であった。
【００５４】
本発明の特定の実施形態において、第１のイオン注入処理に加えて、基板が、第１の側面の少なくとも一部において、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させ、かつ第１のイオン注入処理とは異なる、第２のイオン注入処理によって処理される、化学強化のためのガラス基板が提供される。第２のイオン注入処理のパラメータが、第１の側面における第２のイオン注入処理によって処理された基板の部分における化学強化時に第２の制御された曲率が得られるように選択される。
【００５５】
本発明者は、異なるイオン注入処理が、基板の少なくとも一部で実行される場合、基板の異なる処理された部分で異なる制御された曲率が得られることが可能であることを見出した。第１および第２のイオン注入処理は、イオン種、イオン線量、電流および／または加速電圧によって異なり得る。
【００５６】
本発明の別の特定の実施形態において、第１のイオン注入処理または第１および第２のイオン注入処理に加えて、基板が、第２の側面の少なくとも一部において、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第３のイオン注入処理によって処理され、第３のイオン注入処理のパラメータが、第２の側面における第３のイオン注入処理によって処理された基板の部分における化学強化時に第３の制御された曲率が得られるように選択される、化学強化のためのガラス基板が提供される。
【００５７】
本発明者は、異なるイオン注入処理が、両対向基板側面の少なくとも一部において実行された場合、基板の異なる処理された部分で、より多様かつ異なる制御された曲率が得られることが可能であることを見出した。第３のイオン注入処理は、イオン種、イオン線量、電流および／または加速電圧によって、第１および／または第２のイオン注入処理と異なっても、あるいは異ならなくてもよい。
【００５８】
本発明の１つの特に好ましい実施形態において、第１および第２の対向側面を有し、
ｉ）第１および第２の主要対向側面が、化学強化前、それらの非イオン注入状態において異なるイオン交換特性を有し、第１の側面が高イオン交換側面であり、かつ第２の側面が低イオン交換側面であり、
ｉｉ）基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、
ｉｉｉ）第１の注入イオンの注入プロフィールが、化学強化時に−０．０４×１／ｍ〜０．０４×１／ｍの第１の制御された曲率が得られるように選択される、化学強化のためのガラス基板が提供される。
【００５９】
曲率の測定方法は、以下に説明される。好ましくは、基板には、第１の側面の本質的に全体上で第１の注入イオンが提供され、かつ化学強化時に基板全体上で−０．０４×１／ｍ〜０．０４×１／ｍの制御された曲率が得られる。より好ましくは、基板には、第１の側面の本質的に全体上で第１の注入イオンが提供され、かつ化学強化時に基板全体上で−０．０１×１／ｍ〜０．０１×１／ｍの制御された曲率が得られる。
【００６０】
本発明者は、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるイオン注入処理が高イオン交換側面上で実行された場合、それらの非イオン注入状態において異なるイオン交換特性を有する対向側面を有するガラス基板が、低い曲率を有し、さらには曲率を本質的に有さずに、化学強化可能であることを見出した。
【００６１】
本発明者は、イオン注入処理が特定の選択されたパラメータで実行された場合、高交換側面のイオン交換特性を対向低イオン交換側面のイオン交換特性に変更可能であることを見出した。選択されたイオン注入処理パラメータは、イオン種、化学強化条件および基板ガラス次第である。
【００６２】
また本発明者らは、ガラス基板の側面上で、特定の選択されたパラメータでイオン注入処理を実行することによって、基板のイオン交換特性を、所望の制御された曲率を得るように制御された様式で不釣り合い化することが可能であることも見出した。
【００６３】
また本発明は、次の操作：
ａ）ａ．基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、かつ
ｂ．第１の注入イオンの第１の注入プロフィールは、第１の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に第１の制御された曲率を示すようなものである、第１および第２の主要対向側面を有する基板を提供すること、
ｂ）コーティングされたガラス基板を化学強化すること
を含む、制御された曲率を有する化学強化ガラス基板の製造方法に関する。
【００６４】
本発明の実施形態において、基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第２の注入イオンが提供され、かつ第２の注入イオンの第２の注入プロフィールが、第１の注入プロフィールとは異なる。
【００６５】
本発明の別の実施形態において、第１の側面の少なくとも一部に、第１の注入イオンが提供され、かつ任意に、基板の少なくとも一部に、第２の注入イオンが提供され、さらに基板の第２の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第３の注入イオンが提供される。
【００６６】
本発明の別の実施形態において、第２の注入イオンの注入プロフィールは、第２の注入イオンが提供された第１の側面の部分が、化学強化時に第２の制御された曲率を示すようなものである。
【００６７】
本発明の別の特定の実施形態において、第３の注入イオンの注入プロフィールは、第３の注入イオンが提供された第２の側面の部分が、化学強化時に第３の制御された曲率を示すようなものである。
【００６８】
本発明の特に好ましい実施形態において、本発明は、ガラス基板を化学強化する方法であって、以下の操作：
ｂ）第１および第２の主要対向側面を有し、
ｉ）第１および第２の主要対向側面が、それらの非注入状態において異なるイオン交換特性を有し、第１の側面が高イオン交換側面であり、かつ第２の側面が低イオン交換側面であり、
ｉｉ）基板の第１の側面の少なくとも一部に、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させる第１の注入イオンが提供され、
ｉｉｉ）第１の注入イオンの注入プロフィールが、−０．０４×１／ｍ〜０．０４×１／ｍの第１の制御された曲率が化学強化時に得られるようなものである、基板を提供すること、
ｃ）コーティングされた基板を化学強化すること
を含む方法を提供する。
【００６９】
本発明は、実質的に平坦である、イオン注入された、化学強化ガラス基板にも関する。好ましくは、化学強化ガラス基板は、両対向側面において、少なくとも４００ＭＰａのＣＳ値および少なくとも６μｍのＤＯＬ値を有する。ＣＳ値は、好ましくは、４００ＭＰａ〜１２００ＭＰａであり、ＤＯＬ値は、好ましくは、６μｍ〜４０μｍである。好ましくは、化学強化ガラス基板は、０．１ｍｍ〜３ｍｍ、より好ましくは、０．１ｍｍ〜１．６ｍｍの厚さを有する。ガラス基板がソーダライムガラスである場合、２つの対向側面のＣＳ値は、好ましくは少なくとも４００ＭＰａであり、ＤＯＬ値は、少なくとも６μｍである。ガラス基板がアルミノシリケートガラス基板である場合、ＣＳ値は、好ましくは少なくとも６５０ＭＰａであり、そしてＤＯＬ値は、少なくとも１５μｍである。
【００７０】
本発明に関連する使用に適切なガラス基板としては、２つの主要対向側面を有し、かつ化学強化によって強化可能であるガラス組成を有する、特に平坦なシート様ガラス基板が含まれる。本発明に関連する使用に適切なガラス基板は、それらの第１および第２の対向側面において異なるイオン交換特性を有していても、または有さなくてもよい。
【００７１】
その特定の例としては、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミンシリケートガラスおよびボロシリケートガラスならびに種々の他の種類のガラスから形成された透明ガラスプレートが含まれる。ソーダライムガラスおよびアルミノシリケートガラスが特にしばしば使用される。
【００７２】
中でも、より小さいイオン半径を有するアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含有するガラスが好ましく、そしてＮａイオンを含有するガラスがより好ましい。Ｎａ＋イオンを含有するガラス基板は、Ｎａ＋より大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン、例えば、Ｋ＋イオンとのイオン交換を受けることができる。したがって、Ｎａ＋イオンは、ガラス基板がその側面上でイオン注入によって処理される場合さえも、それによってガラスを強化するために効果的に置き換えられることが可能である。
【００７３】
本発明による化学強化のためのガラス基板の組成は、それがイオン交換を可能にするという事実の他、特に限定されない。例えば、次のガラス組成が使用されてよい。
【００７４】
本発明のガラス基板の組成は、特に限定されず、そして、それがアルカリを含有する限り、ソーダライムシリケートガラス、ボロシリケートガラスまたはアルミノシリケートガラス、あるいはさらに異なる種類のガラスに属し得る。特に、フロート法によってシートガラスに形成され得る。
【００７５】
本発明の特定の実施形態において、本発明のガラス基板の組成は、ホウ素を含まず、かつリチウムを含まない。これは、ホウ素およびリチウム元素がガラスバッチ／原材料に意図的に添加されないこと、ならびに存在する場合、ガラスシートの組成におけるそれらの含有量は、製造において不可避的に含まれる不純物のレベルに達するのみであることを意味する。
【００７６】
一実施形態において、ガラス基板の組成は、ガラスの全重量に関して表される重量パーセントにおいて、以下：
ＳｉＯ２      ４０〜８５％
Ａｌ２Ｏ３      ０〜３０％
Ｂ２Ｏ３      ０〜２０％
Ｎａ２Ｏ      ＞０〜２５％
ＣａＯ      ０〜２０％
ＭｇＯ      ０〜１５％
Ｋ２Ｏ      ０〜２０％
ＢａＯ      ０〜２０％
を含む。
【００７７】
好ましい実施形態において、ガラス基板は、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板である。
【００７８】
有利に、注目すべきことに、低い製造コストの理由のため、ガラス基板の組成は、ソーダライムシリケートガラスである。この実施形態によると、ガラス基板の組成は、ガラスの全重量に関して表される重量パーセントにおいて、以下：
ＳｉＯ２      ６０〜７８％
Ａｌ２Ｏ３      ０〜８％
Ｂ２Ｏ３      ０〜４％
ＣａＯ      ０〜１５％
ＭｇＯ      ０〜１０％
Ｎａ２Ｏ      ５〜２０％
Ｋ２Ｏ      ０〜１０％
ＢａＯ      ０〜５％
を含む。
【００７９】
好ましくは、ガラス基板の組成は、ガラスの全重量に関して表される重量パーセントにおいて、以下：
ＳｉＯ２      ６０〜７８％
Ａｌ２Ｏ３      ０〜６％
Ｂ２Ｏ３      ０〜１％
ＣａＯ      ５〜１５％
ＭｇＯ      ０〜８％
Ｎａ２Ｏ      １０〜２０％
Ｋ２Ｏ      ０〜５％
ＢａＯ      ０〜１％
を含む。
【００８０】
本発明の実施形態において、ガラス基板は、第１および第２の対向側面が、それらの非イオン注入状態において、化学強化時に異なるイオン交換特性を有し、第１の側面が高イオン交換側面であり、かつ第２の側面が低イオン交換側面であるガラス基板である。
【００８１】
好ましい実施形態において、ガラス基板は、ソーダライムフロートガラス基板またはアルミノシリケートフロートガラス基板である。
【００８２】
本発明に関連する使用に適切なガラス基板の厚さは、特に限定されない。一般に、後述される効果的な化学強化プロセスを実行するために、ガラス基板の厚さは、好ましくは３ｍｍ以下である。
【００８３】
化学強化時の歪みの問題は、０．１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有するガラス基板、特に０．１ｍｍ〜１．６ｍｍの厚さを有するガラス基板に関して重大であり、そして０．１ｍｍ〜０．７ｍｍの厚さを有するガラス基板に関して最も重大である。ガラス基板が、０．１ｍｍ〜１．６ｍｍの低い厚さを有し、かつ高い強化レベルが要求される場合、化学強化時の歪みの問題はより重大になる。ソーダライム組成に関して、少なくとも４００ＭＰａの圧縮表面応力レベルおよび６μｍより大きい、特に８μｍより大きい圧縮層の深さに関して、歪みの問題は重大である。アルミノシリケート組成に関して、少なくとも６５０ＭＰａの圧縮表面応力レベルおよび１５μｍより大きい圧縮層の深さに関して、歪みの問題は特に重大である。
【００８４】
ガラス基板が、その対向側面において異なるイオン交換特性を有することを断言するための１つの方法は、次のステップ：ガラス基板を化学強化し、歪みを測定するか、またはＣＳおよびＤＯＬを決定するか、またはそれぞれの側面の表面層における侵入イオンの貫入プロフィールを分析し、そして比較することを含む。
【００８５】
好ましくは、化学強化は、２０分〜２４時間の期間、４００〜５００℃の温度で、好ましくはＫＮＯ３を含む溶融塩の浴中で実行される。次いで、ＣＳおよびＤＯＬは、上記の方法によって決定することができる。それぞれの側面の表面層の侵入イオンの貫入プロフィールは、周知の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によって、または周知のＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）法によって決定することができる。例えば、Ｋ＋などの侵入イオンの量は、化学強化された基板上で蛍光Ｘ線測定を使用して比較することができる。
【００８６】
基板の歪みを定量化するために、ＤＥＫＴＡＫ  ６Ｍスタイラスプロファイラーを用いて４×４ｃｍ２試料を測定する。スタイラスは、試料の中心で２本の直交する長さ３ｍｍの線に沿って線形プロフィールを連続的にプロットする。それぞれの直交線に対して、３回の測定を実行し、そして放物線状適合および周知の微積分方法を使用して、６回の測定の平均から曲率を算出する。慣習によって、歪み方向が凹形である場合、曲率は正の記号が与えられ、歪み方向が凸形である場合、曲率は負の記号が与えられる。慣習によって、フロートガラス基板は、スズ側がプロファイラーのステイラスに直面する状態で測定され、そして曲率は半径の逆数であり、単位は１／ｍである。曲率が−０．０４ｘ１／ｍ〜０．０４ｘ１／ｍであるか、または曲率半径が基板の中心において２５ｍ以上である場合、ガラス基板は、低い歪みまたは低い曲率を有すると考えられる。曲率の絶対値が０．０１ｘ１／ｍ以下か、または曲率半径が１００ｍ以上である場合、ガラス基板は、実質的に平坦または実質的に曲率を有さないと考えられる。曲率の絶対値が０．０４ｘ１／ｍより高い場合、ガラス基板は、有意な歪みまたは有意な曲率を有すると考えられる。
【００８７】
所与の線量に関するイオン交換特性の減少の範囲は、特に、イオン種次第である。所与の線量における、より高いイオン交換減少に関して、注入イオンは、より好ましくは、Ｏ、ＡｒおよびＮのイオンの中から、さらにより好ましくは、ＯおよびＡｒのイオンから選択される。所与の線量に関する最高イオン交換減少に関して、注入イオンは、最も好ましくは、Ｏのイオンである。
【００８８】
化学強化時のイオン交換の範囲の減少に関して適切なイオン線量は、好ましくは、２×１０１６イオン／ｃｍ２〜６×１０１７イオン／ｃｍ２である。
【００８９】
特に厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス、特にソーダライムフロートガラスの化学強化時の歪みの減少に関して、イオン線量は、好ましくは、それぞれのイオン種に関して、以下のイオン線量範囲から選択される。
【００９０】
2019502640.tif 000003
【００９１】
これらのパラメータによって、−０．０４ｘ１／ｍ〜０．０４ｘ１／ｍの曲率を有する化学強化された基板を得ることができる。
【００９２】
特に厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス、特にソーダライムフロートガラスの化学強化時の歪みの減少に関して、イオン線量は、好ましくは、それぞれのイオン種に関して、以下のイオン線量範囲から選択される。
【００９３】
2019502640.tif 000004
【００９４】
これらのパラメータによって、−０．０１×１／ｍ〜０．０１×１／ｍの曲率を有する化学強化された基板を得ることができる。
【００９５】
化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるために適切な加速電圧は、好ましくは、１５ｋＶ〜３５ｋＶである。
【００９６】
イオン注入パラメータ、ガラスの厚さおよび化学強化条件によって、少なくとも１×１／ｍ、少なくとも５×１／ｍ、さらには少なくとも１０×１／ｍの有意な曲率を得ることができる。
【００９７】
本発明のために適切である化学強化プロセスは、好ましくは、ホストイオン半径と比較してイオン半径が比較的大きい侵入アルカリイオンの外部供給源を使用する、いわゆる、低温型イオン交換を含む。イオン交換プロセスにおいて、侵入アルカリイオンの外部供給源は、溶融塩浴として、噴霧塩混合物として、ペーストとして、または蒸気として使用されてよい。イオン交換プロセスを実行するための融解塩の例としては、硝酸カリウム、ならびに硫酸アルカリおよび塩化アルカリ、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩化ナトリウムおよび塩化カリウムなどが含まれる。これらの溶融塩は、単独で、または組合せで使用されてよい。
【００９８】
化学強化プロセスは、例えば、５分〜２４時間、４００〜５００℃の温度で、溶融硝酸カリウムの浴中にガラス基板を浸漬することによって実行され得る。当業者によって認識されるように、ガラスの組成および厚さ、使用される溶融塩、および化学強化ガラスの最終用途のために必要とされる応力プロフィールを考慮に入れることによって、イオン交換の種々のプロセスパラメータを選択することができる。
【００９９】
本発明の別の好ましい実施形態において、化学強化は、２４時間〜４８時間、４００〜５００℃の温度で、溶融硝酸カリウムの浴中にガラス基板を浸漬することによって実行され得る。これらの条件は、ガラス基板の破壊が生じることなく、有意な曲率レベルを得るために特に効率的であったことが見出された。
【０１００】
本発明の化学強化ガラス基板の最終用途の例としては、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン、タッチパッド、ＰＤＡおよびタッチパネルなどのディスプレイデバイスのカバーガラス、ならびにいずれのディスプレイカバーも含まれる。
【０１０１】
したがって、本発明によれば、ガラス基板におけるイオン注入プロフィールは、ガラス基板の化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるために使用され得る。
【０１０２】
したがって、本発明によれば、化学強化時にイオン交換の範囲を減少させるイオン注入プロフィールは、ガラス基板において、化学強化時にガラス基板曲率を制御するために使用され得る。
【０１０３】
本発明の好ましい実施形態において、イオン注入プロフィールのイオンは、Ｏ、Ａｒ、ＮまたはＨｅのイオンから選択される。
【０１０４】
本発明の好ましい実施形態において、イオン注入プロフィールのイオンは、単一電荷イオン、または単一電荷イオンと多電荷イオンの混合物である。
【０１０５】
本発明の好ましい実施形態において、イオン注入プロフィールの注入深さは、０．１μｍ〜１μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜０．５μｍである。
【０１０６】
本発明の好ましい実施形態において、イオン注入プロフィールのイオン線量は、１０１２イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２、好ましくは、１０１５イオン／ｃｍ２〜１０１８イオン／ｃｍ２である。
【０１０７】
本発明の好ましい実施形態において、ガラス基板の厚さは、０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１．３ｍｍである。
【０１０８】
本発明の好ましい実施形態において、ガラス基板は、ソーダライムガラス基板またはアルミノシリケートガラス基板である。
【実施例】
【０１０９】
比較例Ｃ１は、イオン注入によって処理されなかった厚さ０．７ｍｍの４×４ｃｍ２のソーダライムフロートガラス試料である。
【０１１０】
実施例１〜６は、表２のパラメータに従って、それらの空気側面上でイオン注入によって処理された厚さ０．７ｍｍの４×４ｃｍ２のソーダライムフロートガラス試料である。
【０１１１】
イオン注入は、Ｈａｒｄｉｏｎ＋ＲＣＥイオン源を使用して、減圧条件下で行なわれた。
【０１１２】
比較例Ｃ１および実施例１〜６の化学強化は、カセット中に配置し、予熱し、次いで、４３０℃で４時間、溶融ＫＮＯ３（＞９９％）浴中に浸漬することによって実行された。
【０１１３】
2019502640.tif 000005
【０１１４】
化学強化、冷却および洗浄後、試料の表面圧縮応力（ＣＳ）、層の深さ（ＤＯＬ）および曲率を上記の通り測定した。
【０１１５】
化学強化された基板のそれぞれの側面の表面層のカリウム（Ｋ＋）の量を、蛍光Ｘ線測定によって比較し、そして千カウント数毎秒（キロカウントパーセカンド−［ｋｃｐｓ］）の任意単位によって表す。
【０１１６】
表３に、実施例の測定データを要約する。
【０１１７】
2019502640.tif 000006
【０１１８】
上記の表から見られるように、Ｃ１と実施例１〜３を比較すると、ガラス基板の空気側面上で実行されたイオン注入は、ガラス基板の空気側面において、Ｎａ＋と交換されたＫ＋の量を減少する。イオン注入パラメータ次第で、異なるレベルの曲率に達することが可能である。これらの試料のスズ側面上で、平均で、ＣＳは６１８ＭＰａであり、ＤＯＬは９．３μｍであり、かつＫ＋数は１９７ｋｃｐｓである。
【０１１９】
実施例１と実施例２を比較すると、注入Ｏイオンの線量が、２．５×１０１６から１×１０１７イオン／ｃｍ２まで増加すると、化学強化時のイオン交換の範囲は、ガラス基板の処理された空気側面上で減少することが見られる。
【０１２０】
実施例１と実施例３を比較すると、イオン電流が１ｍＡから２ｍＡまで増加すると、化学強化時にイオン交換の範囲が減少することが示される。
【０１２１】
曲率測定から見られるように、比較例Ｃ１は、０．０４×１／ｍより高い曲率レベルで、有意な歪みまた有意な曲率を有する。それらは正の曲率値を有し、これは、スズ側面から見た場合、それらが凹形であることを意味する。Ｃ１と実施例１および２を比較した場合、イオン線量が増加すると、凹形曲率が最初に減少し、次いで凸形になることが見られる。これは、曲率のレベルが、広範囲で制御可能であることを示す。
【０１２２】
実施例２、４、５および６を比較すると、１×１０１７イオン／ｃｍ２の所与の線量、イオン電流および加速電圧に関して、イオン交換の範囲の減少レベルは、ＨｅからＮからＡｒからＯイオンへと増加することが示される。
【０１２３】
上記の実施例は、所与の基板に関して、および所与の化学強化条件に関して、異なる注入パラメータを有するいくつかの試験試料を製造することによって、最終曲率は、このパラメータの範囲内で合理的に予測可能であることを実証する。
【０１２４】
化学強化の前および後、発光物Ｄ６５および観測装置角度１０°を用いて、透過率（ＴＬ）および反射率（ＲＬ、空気側面）を測定した。結果を以下の表４に示す。
【０１２５】
2019502640.tif 000007
【０１２６】
本発明者らは、驚くべきことに、化学強化試料１〜５が、試料６または反対例Ｃ１よりも低い反射率を示すことを見出した。したがって、化学強化時の制御された曲率および抗反射の組合せは、Ａｒ、ＮまたはＯのイオンで注入された試料で得られる。特に低い反射率は、化学強化後にＯのイオン注入された試料で得られた。さらに本発明者らは、２５〜３５ｋＶの加速電圧において、１×１０１７〜７．５×１０１７イオン／ｃｍ２の線量において、Ｏイオンによってそれらの空気側面上で注入されたソーダライムフロートガラス試料が、化学強化前に約１．５％の反射率（ＲＬ、空気側面）減少を示すことを見出した。
【国際調査報告】
2019502640.tif 000008
2019502640.tif 000009
2019502640.tif 000010